Устройство для создания пульсирующей, подвергнутой воздействию давлением струи текучей среды - RU2608488C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

Изобретение относится к устройству для создания пульсирующей струи текучей среды из подвергнутой воздействию давлением текучей среды с системой трубопроводов, которая включает в себя по меньшей мере одно сопло, которое имеет устье сопла, из которого может выходить подвергнутая воздействию давлением текучая среда, и которое имеет камеру, в которой выполнено устройство создания волн давления для создания волн давления текучей среды, которая сообщается с системой трубопроводов посредством выпускного отверстия для созданных волн давления текучей среды. Подобное устройство известно из WO 2006/097887 А1. Для эффективной обработки заготовок струями текучей среды, например струями воды, обычно должны создаваться очень высокие давления, которые могут составлять 3000 бар или быть еще выше. Это требует очень много энергии. Обработка заготовок с помощью корунда и песка, с другой стороны, является причиной нежелательных остатков. По сравнению с названным выше способом обработки режущая механическая обработка с помощью режущих инструментов, например, для материалов высокой твердости имеет недостаток прежде всего в том, что она из-за износа режущих кромок относительно дорогая.

По этой причине задачей изобретения является предоставление устройства для эффективной обработки заготовок струями текучей среды, которое может работать при сравнительно низких давлениях текучей среды. Прежде всего задачей изобретения является предоставление устройства, с помощью которого может быть активирована поверхность заготовок для нанесения покрытия и/или обработка нанесенных на заготовки покрытий, например удаление перераспыла и/или удаление слоев на заготовках.

Данная задача решена посредством устройства названного вначале типа, которое включает в себя регулировочное устройство для юстировки амплитуды волн давления текучей среды в системе трубопроводов по меньшей мере перед одним устьем сопла, с помощью которого можно регулировать образованное как частное от длины L пути для волн давления текучей среды между выпускным отверстием и по меньшей мере одним устьем сопла в системе трубопроводов и длиной λ волны волн давления текучей среды в системе трубопроводов число Гельмгольца Не:=L/λ.

Прежде всего устройство согласно изобретению пригодно для воздействия на поверхность заготовки с помощью текучей среды в форме моющей щелочи, и/или воды, и/или эмульсии, прежде всего водно-масляной эмульсии и/или масла.

В основе изобретения лежит идея о том, что при вводе колебательной энергии в форме волн давления в струю текучей среды, прежде всего в струю текучей среды, к которой приложено повышенное давление, которое может составлять 20 бар, 30 бар или даже больше, создаются импульсы текучей среды, в которых колебательная энергия преобразована в кинетическую энергию. При этом идеей изобретения является то, что путем создания волн давления имеющая возможность передачи в текучую среду кинетическая энергия может быть доведена до максимума, для чего обеспечивается, что отражение волн давления в системе трубопроводов для подачи подвергнутой воздействию давлением текучей среды к соплу созданные волны давления не гасятся, а благодаря интерференции усиливаются. Поэтому в соответствующем изобретению устройстве соотношение эффективной длины пути, которую волны давления в системе трубопроводов проходят от выпускного отверстия камеры до сопла, и длины волны волн давления текучей среды, то есть характеризующее волны давления текучей среды в системе трубопроводов число Гельмгольца, может быть отрегулировано.

Для регулировки этого числа Гельмгольца система трубопроводов может иметь первый участок трубопровода и, по меньшей мере, частично находящийся в первом участке трубопровода и сообщающийся с ним второй участок трубопровода, который может быть перемещен относительно первого участка трубопровода в его продольном направлении. Преимуществом в данном случае является то, что второй участок трубопровода, например, с помощью резьбы направлен по первому участку трубопровода линейно-подвижно. Благоприятным образом при этом предусмотрено крепежное устройство, с помощью которого второй участок трубопровода может быть закреплен на первом участке трубопровода.

Для регулировки числа Гельмгольца устройство, альтернативно или дополнительно, также может включать в себя средства регулировки частоты, которые обеспечивают регулировку частоты созданных волн давления текучей среды. Путем изменения частоты волн давления текучей среды также можно изменять их длину волны в текучей среде.

С помощью устройства согласно изобретению заготовкам может быть придана шероховатость, и они могут быть очищены прежде всего без абразивных присадок.

Предпочтительным образом система трубопроводов имеет первый участок системы трубопроводов с присоединением для нагнетательного насоса и второй участок системы трубопроводов с гнездом для сопла. Преимуществом является, если первый участок и второй участок соединены друг с другом посредством шарнирного соединения. Когда второй участок системы трубопроводов относительно первого участка системы трубопроводов может, вибрируя и/или вращаясь, перемещаться вокруг коаксиальной к оси выполненного во втором участке канала текучей среды оси, возможно создавать в поверхности отверстия заготовки регулярные или нерегулярные структуры. Особо предпочтительно устройство включает в себя моторизованный привод для перемещения второго участка системы трубопроводов.

Благоприятным образом система трубопроводов имеет первый участок системы трубопроводов с присоединением для нагнетательного насоса и второй участок системы трубопроводов, в котором расположено несколько сопел с одним устьем каждое, которые имеют возможность подачи в них текучей среды посредством отделенных друг от друга ответвлений трубопровода. В отделенных друг от друга ответвлениях трубопроводов к соплам расположено по одному, выполненному с возможностью регулировки длины трубопроводу для подвергнутой воздействию давлением текучей среды. Путем изменения длины трубопровода может быть отъюстирована длина пути создаваемых в камере волн давления текучей среды от устья сопла до выпускного отверстия камеры для волн давления текучей среды.

Когда эффективное поперечное сечение трубопроводов в системе трубопроводов между выпускным отверстием камеры для волн давления текучей среды и устьем сопла уменьшается предпочтительно монотонно, обеспечивается, что амплитуда волн давления увеличивается в направлении течения текучей среды по направлению к устью сопла. Чтобы можно было удалить возможные пузырьки воздуха, наличие вентиляционного клапана является преимуществом. Предпочтительно данный вентиляционный клапан расположен так, чтобы даже при перемещении устройства данные воздушные пузырьки могут выходить. Для этого вентиляционный клапан может быть закреплен, например, в верхнем участке крыши камеры.

Камера может иметь отделенное от выпускного отверстия отверстие для подачи текучей среды высокого давления. Это обеспечивает эффективную подачу текучей среды в камеру. Для обеспечения того, чтобы введенная в устройство создания волн давления энергия с хорошим КПД преобразовывалась в волны давления, является преимуществом, если устройство создания волн давления находится в зоне стоячей воды камеры.

Для усиления введенных в текучую среду волн давления камера имеет поперечное сечение, которое в форме воронки сужается в направлении выпускного отверстия. Является преимуществом предусмотреть в камере датчик для регистрации волн давления, чтобы можно было контролировать создание там волн давления. При этом датчик благоприятным образом выполнен в виде датчика давления и расположен в участке камеры, который в форме воронки сужается в направлении выпускного отверстия.

По меньшей мере одно сопло может иметь сопловой карман, сечение которого сужается по направлению к устью сопла. Многочисленные опыты показали, что с помощью сопла можно создавать импульсы текучей среды с очень большой кинетической энергией, если сопловой карман перед устьем сопла имеет конически сужающееся сечение с тупым углом раствора α, предпочтительно угол раствора α находится в диапазоне 105°<α<180°. Предпочтительно по меньшей мере одно сопло имеет выполненный в форме цилиндра, предпочтительно выполненный в форме кругового цилиндра, сопловой карман с расположенным с торцовой стороны отверстием в устье сопла. Создаваемые с помощью подобного сопла импульсы текучей среды особенно хорошо пригодны для снятия материала алюминиевых веществ. Благодаря кавитации подобное сопло обеспечивает образование особо хорошо пригодных для снятия материала капель текучей среды, которые присутствуют в пульсирующем потоке текучей среды.

За счет выполнения устройства для создания окружающего, по меньшей мере, участками пульсирующую струю текучей среды потока газа с помощью пульсирующей струи текучей среды можно обрабатывать погруженные в жидкость заготовки. Здесь с помощью газового потока, который охватывает струю текучей среды высокого давления, обеспечивается то, что жидкость, в которую погружена заготовка, не затормаживает струю текучей среды. Окружающая заготовку жидкость при этом предпочтительно обеспечивает гашение шумов. Многочисленные опыты показали, что если по меньшей мере одно сопло имеет направленный к заготовке чашеобразный участок, в котором пульсирующая струя текучей среды выходит из устья сопла и поперечное сечение которого расширяется по направлению к заготовке, то может быть достигнут особо хороший чистящий эффект для заготовки. Для обеспечения возможности чистки максимально большой поверхности заготовки является благоприятным, если по меньшей мере одно сопло выполнено в форме сопловой гребенки, которая имеет несколько устьев сопел.

Является преимуществом выполнение установки с устройством для создания струи текучей среды с крепежным устройством для заготовок, в котором предусмотрена возможность воздействия на заготовки пульсирующей струей текучей среды, и со сборным устройством текучей среды для сбора высвобождающейся из устройства текучей среды, которое соединено с нагнетательным насосом для возврата собранной текучей среды в устройство. За счет того, что установка включает в себя измерительное устройство для регистрации снятого с заготовки посредством струи текучей среды материала, является возможным контролирование вызванного пульсирующей струей текучей среды снятия материала.

Для модификации физических свойств деталей для определенных применений, например для повышения их механической и термической стойкости в двигателях внутреннего сгорания, в определенных местах они улучшаются с помощью высококачественных покрытий.

Как правило, такие покрытия требуют, чтобы поверхность данной конструктивной группы предварительно готовилась для нанесения покрытия, то есть обычно получала шероховатость или же активировалась. Здесь известна обработка заготовок с помощью струй корунда или струй песка. Кроме того, поверхность подобных заготовок для их подготовки для нанесения покрытия также может быть обработана резанием с помощью режущих инструментов.

По этой причине идея изобретения также заключается в том, что с помощью пульсирующей струи текучей среды в поверхности заготовки могут быть созданы структуры, которые улучшают адгезию покрытия к поверхности и прежде всего обеспечивают, чтобы покрытие могло быть нагружено очень высокими нагрузками на срез.

То есть, например, оказалось, что прежде всего путем нанесения покрытий на алюминиевые материалы посредством метода термической экструзии, например, газопламенное напыление, плазменное напыление, атмосферное плазменное напыление или электродуговое напыление, могут быть заметно улучшены прежде всего трибологические свойства алюминиевых конструктивных узлов. Например, электродуговое напыление обеспечивает возможность нанесения на алюминиевые конструктивные узлы сплава на железной основе, который имеет содержание углерода от 0,8 до 0,9% по массе и содержит диспергирующие, уменьшающие трение заполнители в форме графита, дисульфида молибдена или дисульфида вольфрама.

Путем нанесения покрытий на материалы также снижается вес компонентов двигателя и обеспечивается создание компактных конструкций, например блока цилиндров, в котором отверстия цилиндров по сравнению со стандартными блоками имеют уменьшенное расстояние друг от друга.

Является преимуществом использование одного или нескольких соответствующих изобретению устройств для создания струи текучей среды в установке для обработки заготовок текучей средой, которая включает в себя выполненное с возможностью управления устройство для регулировки давления подаваемой системой трубопроводов текучей среды и имеет связанное с устройством создания волн давления счетно-решающий узел с накопителем данных, в котором сохранена параметрическая характеристика индивидуальной для области применения настройки давления текучей среды, и/или амплитуды, и/или частоты, создаваемых устройством создания волн давления текучей среды. В параметрической характеристике также могут быть сохранены благоприятная скорость вращения сопла в зависимости от подлежащего обработке материала, прежде всего подложки, и/или имеющаяся геометрия заготовки и/или свойство поверхности заготовки, прежде всего степень шероховатости поверхности заготовки, и/или тип загрязнения заготовки, и/или технологическое расстояние подлежащей обработки заготовки по меньшей мере от одного устья сопла устройства. Кроме того, в параметрической характеристике также может быть сохранен предпочтительный угол создаваемой соответствующим устройством пульсирующей струи текучей среды высокого давления относительно поверхности заготовки.

Предпочтительно подобная установка включает в себя манипулятор, чтобы перемещать подлежащую воздействию текучей среды заготовку относительно устройства или устройства относительно заготовки. Манипулятор может выполнять полностью свободные движения, прежде всего линейные движения или свободные круговые движения. Прежде всего в качестве манипулятора предусмотрен робот с составным манипулятором с шестью осями движения.

Идеей изобретения также является активирование или же подготовка к склеиванию с помощью пульсирующей струи текучей среды, например, которая может быть создана посредством устройства согласно изобретению, поверхности заготовки для газопламенного или плазменного или электродугового напыления. Кроме того, идеей изобретения также является обработка с помощью подобной пульсирующей струи текучей среды созданной посредством газопламенного, или плазменного, или электродугового напыления поверхности заготовки.

Опыт изобретения прежде всего показывает, что подготовка стенки отверстия в заготовке, прежде всего адгезионные свойства созданного посредством электродугового напыления поверхности заготовки может быть оптимизирована, если сопло при создании струи текучей среды с направлением, наклоненным под углом β 0°<β<60°, предпочтительно β≈45°, к местным нормалям поверхности стенки, может воздействовать посредством пульсирующей струи текучей среды высокого давления, и сопло при этом вращательно перемещается вокруг оси отверстия и поступательно смещается в направлении оси отверстия. При этом расстояние от устья сопла до поверхности заготовки благоприятным образом составляет между 10 мм и 150 мм.

Прежде всего изобретатели выяснили, что участок заготовки облагораживается, если на заготовку на первом этапе наносится покрытие поверхности и на втором этапе покрытие обрабатывается посредством пульсирующей текучей среды и/или частично снова удаляется. Данная струя текучей среды может быть создана прежде всего с помощью устройства согласно изобретению. Изобретатели также выяснили, что поверхность заготовки может быть активирована посредством пульсирующей струи текучей среды, прежде всего посредством пульсирующей струи текучей среды, которая создается соответствующим изобретению устройством, чтобы усилить адгезионные свойства покрытия к поверхности и механическую или же термическую нагрузочную способность покрытия. Прежде всего изобретатели выяснили, что посредством пульсирующей струи текучей среды, которая может быть создана, например, с помощью устройства согласно изобретению, поверхность, по меньшей мере, частично состоящей из алюминия или из алюминиевого сплава или магниевого сплава заготовки активируется, чтобы посредством способа термического напыления (электродуговое напыление, LDS, плазменное напыление и т.д.) нанести покрытие поверхности из содержащего железо материала и затем обработать пульсирующей струей текучей среды, например, из устройства согласно изобретению. Также изобретатели выяснили, что посредством пульсирующей струи текучей среды, которая может быть создана, например, с помощью устройства согласно изобретению, также активируется поверхность состоящей, по меньшей мере, частично из стали и чугуна заготовки, чтобы нанести на нее покрытие поверхности из содержащего никель материала посредством лазерного напыления. Кроме того, идея изобретателей заключается в том, что нанесенное на состоящую из стали и алюминия, из алюминия, из алюминиевого сплава или из магниевого сплава заготовку покрытие в форме нанесенного посредством лазерного напыления металлосодержащего или никельсодержащего материала может быть обработано с помощью пульсирующей струи текучей среды, прежде всего пульсирующей струи текучей среды из устройства согласно изобретению.

Прежде всего в рамках изобретения может быть предусмотрено сначала нанесение покрытия поверхности на большую площадь и затем повторного его удаление в области кромок.

Далее изобретение разъясняется на основании схематично показанных на чертеже примеров выполнения.

Показано на:

Фиг. 1 - установка с устройством для создания пульсирующей струи текучей среды с заготовкой,

Фиг. 2 - камера для создания волн давления текучей среды в устройстве,

Фиг. 3 - регулируемый по длине трубопровод устройства для подвергнутой воздействию давлением текучей среды,

Фиг. 4 - выполненное с возможностью использования в устройство сопло,

Фиг. 5 - другое выполненное с возможностью использования в устройстве сопло,

Фиг. 6 - выполненное с возможностью использования в устройстве сопло с выравнивателем струи,

Фиг. 7 - сечение показанного на фиг. 6 сопла вдоль линии VII-VII,

Фиг. 8 - устройство для создания пульсирующей струи текучей среды с расположенными в револьвере соплами,

Фиг. 9 - сечение устройства для создания окруженной газовым потоком пульсирующей струи текучей среды высокого давления,

Фиг. 10 - сечение следующего устройства для создания окруженной газовым потоком пульсирующей струи текучей среды высокого давления с соплом,

Фиг. 11 - устройство для создания пульсирующей струи текучей среды высокого давления с сопловой гребенкой, и

Фиг. 12 - сечение показанного на фиг. 11 устройства вдоль линии XII-XII.

Установка 10 на фиг. 1 выполнена для активации поверхности 12 цилиндрической выемки 14 в заготовке 15 посредством пульсирующих струй 16, 18 текучей среды из воды.

Для создания струй 16, 18 текучей среды установка 10 имеет устройство 20 с камерой 22, в которой выполнено приспособление 24 для создания волн 32 давления текучей среды. Приспособление 24 подсоединено к выполненному с возможностью управления генератору 31 частоты. Приспособление 24 включает в себя пьезокристалл 28, который действует в качестве электромеханического преобразователя и соединен с волноводом-концентратором 30. Если камера 22 заполнена водой, то с помощью концентратора-волновода 30 в воде могут создаваться волны 32 давления с частотой v, которая предпочтительно находится в диапазоне 10 кГц

Для создания волн давления на пьезокристалл 28 подается высокочастотное переменное напряжение от генератора 31 частоты. Генератор частоты 31 выполнен для создания ультразвуковых частот, предпочтительно ультразвуковых частот в диапазоне 10 кГцP генерируемого генератором частоты 31 переменного напряжения можно изменять длину λ волны волн 32 давления в системе 36 трубопроводов.

Предпочтительно камера 22 настроена на диапазон длин волны, создаваемых с помощью волновода-концентратора 30 волн 32 давления. Для волн 32 давления в этом диапазоне длин волны камера 22 работает как объемный резонатор.

Камера 22 имеет выпускное отверстие 34 к системе 36 трубопроводов, которое соединяет камеру 22 с соплами 38, 40. Система 36 трубопроводов имеет находящийся со стороны камеры участок 42 и включает в себя находящийся со стороны сопла участок 44. Находящийся со стороны камеры участок 42 и находящийся со стороны сопла участок 44 соединены посредством шарнирного соединения 46. В шарнирном соединении 46 находящийся со стороны сопла участок 44, вибрируя и/или вращаясь, посредством приводного двигателя 54 может моторизовано перемещаться вокруг коаксиальной каналу 50 текучей среды оси 52.

Сопла 38, 40 находятся в находящемся со стороны сопла участке 44 системы 36 трубопроводов в ответвлениях 56, 58 трубопроводов, которые отделены друг от друга. Выполненный в находящемся со стороны сопла участке 44 канал 60 текучей среды разветвляется на ответвления 56, 58 трубопровода.

В ответвлении 56 трубопровода и в ответвлении 58 трубопровода имеется по участку трубопровода с выполненным с возможностью регулировки длины трубопроводом 62, 64. Выполненный с возможностью регулировки трубопровод 62, 64 содержит первый участок 66, 68 трубопровода и имеет по меньшей мере один расположенный в первом участке 66, 68 трубопровода и сообщающийся с ним второй участок 70, 72 трубопровода. Второй участок 70, 72 может быть коаксиально перемещен относительно первого участка 66, 68 трубопровода в продольном направлении 74, 76 в соответствии со сдвоенной стрелкой 78, 80.

Во втором участке 70, 72 трубопровода размещено соответственно одно из сопел 38, 40. Путем перемещения второго участка 70, 72 трубопровода относительно первого участка 66, 68 трубопровода можно юстировать эффективную длину 26 пути для волн 32 давления между выпускным отверстием 34 и противолежащей заготовке стороне устья 82, 84 сопел 38, 40. При этом размер перемещения участка 70, 72 трубопровода настроен на длину волны волн 32 давления. Благоприятным образом размер перемещения составляет, по меньшей мере, половину длины волны волн 32 давления. Предпочтительно он находится в диапазоне от 40 мм до 300 мм. На участке 42 системы 36 трубопроводов трубопровод 43 с помощью передвижного устройства 47 также может быть коаксиально поступательно перемещен относительно трубопровода 45. Передвижное устройство 47 обеспечивает регулировку эффективной длины 26 пути для волн 32 давления в системе 36 трубопроводов. Регулировочное устройство 47 может регулироваться посредством (электро-)моторного привода (не показано). Путем изменения эффективной длины 26 пути волн 32 давления в системе 36 трубопроводов достигается, что волны 32 давления имеют пучность колебаний непосредственно перед противолежащим заготовке отверстием устья сопла 38, 40.

Тем самым передвижное устройство 47 действует как регулировочное устройство для юстировки, то есть регулировки амплитуда А_P волн 32 давления текучей среды в системе 36 трубопроводов по меньшей мере перед одним устьем 125 сопла. С помощью передвижного устройства 47 можно регулировать образованное как частное от длины L пути для волн 32 давления текучей среды между выпускным отверстием 34 камеры и по меньшей мере одним устьем 125 сопла по меньшей мере одного сопла 38, 40 в системе 36 трубопроводов и длиной λ волны волн 32 давления текучей среды в системе 36 трубопроводов число Гельмгольца Не:=L/λ. Выполненные с возможностью регулировки трубопроводы 62, 64 также соответственно действуют в качестве регулировочного устройства для управления амплитудой А_P волн 32 давления текучей среды перед соответствующим устьем сопла 38, 40.

В модифицированном примере выполнения расположенный со стороны камеры участок и расположенный со стороны сопла участок выполнены монолитно. В следующем модифицированном примере выполнения расположенный со стороны сопла участок с возможностью поступательного перемещения опирается на расположенный со стороны камеры участок без выполнения поворотного шарнира с поворотным приводом. При этом поступательное движение расположенного со стороны сопла участка реализуется вручную и/или посредством усилия пружины, посредством электромагнита и/или посредством электрического линейного двигателя.

Выполненный с возможностью регулировки частотный генератор 31, в свою очередь, также является подобным регулировочным устройством. Путем изменения частоты v создаваемого посредством частотного генератора 31 переменного напряжения можно регулировать длину λ волны волн 32 давления в системе 36 трубопроводов и тем самым амплитуду А_P волн 32 давления текучей среды в системе 36 трубопроводов, например, перед устьем 125 сопла. Начиная от выпускного отверстия 34 камеры, эффективное сечение 86, 88 трубопроводов в системе 36 трубопроводов монотонно уменьшается по направлению к устью 82, 84 сопел 38, 40. Это обеспечивает, что амплитуда колебаний для давления волны 32 давления в направлении проходящего по стрелке 90 сквозь систему 36 трубопроводов потока текучей среды увеличивается к соплам 38, 40.

Следует заметить, что устройство 20 в следующей модифицированной форме выполнения может быть выполнено только с одним соплом или также с множеством сопел.

В следующей модифицированной форме выполнения устройство 20 может быть выполнено с частотным генератором 31, частота v которого имеет возможность изменения без наличия в системе трубопроводов, выполненных с возможностью регулировки длины трубопроводов.

Установка 10 включает в себя нагнетательный насос 91 и резервуар 92 с выполненным в форме воронки выпускным отверстием 93 для сбора текучей среды, которая из сопел 38, 40 попадает на заготовку 15. С помощью нагнетательного насоса 91 текучая среда для создания пульсирующей струи текучей среды перекачивается в установке 10 по контуру. Нагнетательный насос 91 выполнен так, чтобы в камере 22 могло быть создано и отрегулировано давление текучей среды в диапазоне от 40 до 150 бар и предпочтительно давление текучей среды порядка 100 бар. Путем регулировки давления текучей среды в камере 22, частоты v и амплитуды А_P волн давления можно варьировать размер и расстояние между каплями жидкости в выходящих из сопел 38, 40 струй 16, 18 текучей среды.

В модифицированной форме выполнения установка 10 вместо нагнетательного насоса 91 также может иметь устройство с насосом высокого давления для подачи находящейся под высоким давлением текучей среды в систему 36 трубопроводов, которая обеспечивает давление текучей среды, которое может составлять до 3000 бар. Для создания высокого давления текучей среды в установке прежде всего пригоден насос высокого давления, который может предоставить давление текучей среды от 300 бар и до 600 бар.

На фиг. 2 показана камера 22 для создания волн 32 давления текучей среды в устройстве 10. Камера 22 имеет отверстие 94 для подачи находящейся под высоким давлением текучей среды из насоса 91 высокого давления. Отверстие 94 расположено отдельно от выпускного отверстия 34 в боковом участке камеры 22. Воздух из камеры 22 может удаляться через отверстие 96 с выполненным с возможностью управления вентиляционным клапаном 98.

Волновод-концентратор 30 находится в камере 22 в зоне 33 стоячей воды на расстоянии от потока 35 подаваемой сквозь отверстие 94 в камеру 22 текучей среды в направлении выпускного отверстия 34.

По направлению к выпускному отверстию 34 камера 22 на участке 99 выполнена с сужающимся в форме воронки поперечным сечением. На участке 99 амплитуда А_P создаваемых с помощью волновода-концентратора 30 устройства 24 волн 32 давления увеличивается. График 100 на фиг. 2 показывает кривую 101 амплитуды давления волны 32 давления в зависимости от расстояния от плоскости 26 волновода-концентратора 28.

Путем регулировки давления Р и амплитуды А_P волн давления в камере 22 можно регулировать скорость течения и структуру создаваемой с помощью сопел 38, 40 пульсирующей струи текучей среды.

В камере 22 благоприятным образом находится датчик 102 давления. Датчик 102 давления расположен на участке 99 камеры 22. Датчик 102 давления соединен с измерительным устройством 103, которое имеет блок 105 индикации. С помощью датчика 102 давления можно регистрировать колебания давления, которые вызваны создаваемыми в камере 22 волнами 32 давления на участке 99. Тем самым блок 105 индикации обеспечивает оператору функцию контроля над устройством 20. Альтернативно или дополнительно, установка 10 для контроля функционирования устройства 20 также может иметь соединенный с измерительным устройством 103 головной компьютер 134, который управляет устройством 24 для создания волн 32 давления текучей среды и нагнетательным насосом 91 в зависимости от зарегистрированных датчиком 102 давления колебаний давления.

Альтернативно или дополнительно, также возможно контролировать функционирование устройства 20 в установке 10, для чего в пульсирующую струю 16, 18 текучей среды, которая выходит из сопел 38, 40, подается устройство измерения эрозии (не показано). Данное устройство измерения эрозии включает в себя тестовую мембрану, на которую направляется струя текучей среды. При безупречном функционировании устройства 20 с этой тестовой мембраны удаляется определенное количество материала за единицу времени. Для регистрации удаления материала с данной тестовой мембраны устройство измерения эрозии имеет контактный измерительный датчик.

Далее, альтернативно или дополнительно, предусмотрено установить на байпасе слива 93 измерительное устройство, которое детектирует отсепарированные или удаленные частицы (например, магнитный или оптический счетчик частиц), благодаря чему таким способом можно контролировать функционирование устройства 20.

Кроме того, является преимуществом, если головной компьютер 134 включает в себя накопитель 135 данных, в котором сохранена параметрическая характеристика 136 для индивидуальной для сферы применения настройки давления Р текучей среды, и/или амплитуды А_P, и/или частоты v создаваемых с помощью устройства создания волн давления волн 32 давления текучей среды и/или скорость вращения сопла на основании введенной с помощью блока 137 ввода вычислительного блока 136 индивидуальной для заготовки сферы применения устройства 20. Параметрическая характеристика 136 устанавливает информацию прежде всего например, об эмпирически найденной зависимости между названными выше эксплуатационными показателями и по меньшей мере одним из следующих пользовательских параметров:

тип подлежащего обработке материала или подложки, геометрия заготовки, заданное/фактическое свойство поверхности, прежде всего шероховатость поверхности заготовки, тип загрязнения заготовки (например, химический состав или твердость), статус обработки подлежащей обработке заготовки для определенного диаметра устья сопел 38, 40.

Для управления установкой 100 головной компьютер 134 через управляющую линию 138 соединен с нагнетательным насосом 91 и по линиям 139, 140 подключен к измерительному устройству 103 и частотному генератору 31. С помощью головного компьютера 134 можно регулировать, например, создаваемое насосом давление так, чтобы выровнять износ установленных в устройстве 20 сопел путем повышения давления насоса.

На фиг. 3 показан фрагмент III с фиг. 1 с выполненным с возможностью измерения длины трубопроводом 62 в устройстве 20 в увеличенном масштабе. Второй участок 70 трубопровода ввернут в резьбу 104 на первом участке 66 трубопровода. Резьба 104 является резьбой с мелким шагом. В резьбе 104 второй участок 70 трубопровода может быть коаксиально смещен относительно первого участка 66 трубопровода согласно сдвоенной стрелке 105. Второй участок 70 трубопровода с помощью находящейся на выполненной как резьба с малым шагом резьбе 108 второго участка 70 трубопровода контргайки 110 может быть зафиксирован на первом участке 66 трубопровода.

Второй участок 70 трубопровода проходит сквозь расположенное в первом участке 66 трубопровода уплотнительное кольцо 112, которое предотвращает выход текучей среды между первым участком 66 трубопровода и вторым участком 70 трубопровода.

На втором участке 70 трубопровода закреплено сопло 36. Это сопло 36 имеет выступающий наружу фланец 114, который посредством накидной гайки 116 прижимается к расположенному на торцовой стороне 118 второго участка 70 трубопровода уплотнительному кольцу 118.

На фиг. 4 показано другое сопло 39 для применения в устройстве. Сопло 39 имеет тело 120 сопла с сопловым карманом 122 и устьем 125 сопла. Устье 125 сопла имеет длину L_M, которая предпочтительно составляет примерно 6 мм. Устье 125 сопла благоприятным образом имеет форму полого цилиндра. Полый цилиндр имеет диаметр D_M, который предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 3 мм и преимущественным образом составляет 1 мм. В обращенном к устью 125 сопла участке 126 сопловой карман 122 выполнен с сужающимся к устью 125 сопла коническим сечением. Угол α раствора конуса на участке 126 с коническим сужающимся сечением тупой. Предпочтительно для угла α раствора действительно: 105°<α<180°. С близким к 180° углом раствора конуса на участке 126 может быть создана пульсирующая струя текучей среды высокого давления с каплями текучей среды, которые имеют особо благоприятную для удаления материала форму. Тогда с помощью сопла 39 уже при давлении текучей среды в диапазоне от 300 до 600 бар могут быть созданы импульсы струи текучей среды высокого давления, кинетическая энергия которых настолько велика, что прежде всего для металлических веществ возможно эффективное удаление материала.

В следующем модифицированном примере выполнения угол α раствора выбран больше 180°, прежде всего до 240°. В этом случае в устье сопла возникает усиленная кавитация, что, в свою очередь, особо благоприятствует образованию капель на выходе сопла.

На фиг. 5 показано сопло 150, которое имеет тело 151 сопла с выполненным в виде кругового цилиндра сопловым карманом 152. Сопловой карман 152 имеет аксиально расположенное с торцовой стороны отверстие 154 в устье 156 сопла. Устье 156 сопла устроено как отверстие. Диаметр D_B отверстия устья сопла составляет примерно 1/3 диаметра D_Ζ соплового кармана. Устье 156 сопла имеет длину L_M, которая составляет примерно 6 мм. Использование подобного сопла в описанном выше устройстве 20 уже при давлении текучей среды порядка 60 бар уже обеспечивает создание пульсирующей струи текучей среды из воды, с помощью которой могут быть обработаны металлические вещества с быстрым удалением материала.

В качестве сопел для использования в устройстве 20 в принципе также пригодны так называемые сопла с плоской струей, звездчатые сопла, квадратные сопла, треугольные сопла или же сопла со струей текучей среды в форме круглой струи.

Преимущества описанного выше устройства заключается в том, что при его работе с жидкостью высокого давления в соплах не возникает или возникает лишь небольшая кавитация, из-за чего износ сопел в устройстве сравнительно мал.

На фиг. 6 показано другое сопло 170 для применения в устройстве. Сопло 170 имеет тело 171 сопла с сопловым карманом 172 и устьем 173 сопла. Устье сопла имеет длину L_M, которая составляет около 6 мм, и диаметр D_H ~ 1 мм. В обращенном к устью 173 сопла участке 174 сопловой карман 172 выполнен с сужающимся к устью 173 сопла коническим сечением. Угол α раствора конуса на участке 173 с коническим сужающимся сечением острый. Благоприятное значение для угла α раствора конуса: α ~ 58°.

Сопло 170 имеет выравниватель 175 струи. Выравниватель 175 струи подавляет завихрения в подвергнутой воздействию давлением текучей среде в сопловом кармане 172.

На фиг. 7 показано сечение сопла 170 вдоль линии VII-VII на фиг. 6. Выравниватель 175 струи разделяет сопловой карман 172 на участке 176 на четыре отделенных друг от друга проточных канала 177.

В показанной на фиг. 1 установке 10 имеется устройство 130 для предварительной подготовки подаваемой в камеру 22 с помощью нагнетательного насоса 91 текучей среды. В устройстве 10 перекачиваемая в установке 10 текучая среда освобождается от частиц загрязнений. Отслоившиеся от заготовки 15 частицы и части покрытия в установке 10 вымываются споласкивающим устройством (не показано) и вместе с текучей средой собираются в грязном баке в устройстве 130. Устройство 130 включает в себя фильтрующую систему. С помощью данной фильтрующей системы из поданной в устройство 130 текучей среды могут быть удалены отделившиеся от заготовки частицы и загрязняющие вещества, чтобы устройство 20 для создания пульсирующей струи текучей среды не было повреждено.

На фиг. 8 показана установка 210 для активации поверхности 212 отверстий 214 цилиндров в блоке 215 цилиндров посредством пульсирующих струй 216 воды под высоким давлением. Узлы установки 210, которые соответствуют описанной со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 5 установке 10, на фиг. 8 обозначены увеличенными на число 200 цифровыми ссылочными обозначениями. В установке 210 имеется несколько расположенных рядом друг с другом устройств 220 для создания пульсирующей струи текучей среды высокого давления.

В каждом из устройств 220 система 236 трубопроводов выполнена с помощью инструментального участка 202 с одной инструментальной головкой 204, в которой закреплено несколько сопел 238, 240. Инструментальный участок 202 посредством выполненного с возможностью автоматического приведения в действие муфтового устройства 206 расположен в системе 236 трубопроводов. Муфтовое устройство 206 обеспечивает автоматическую смену инструментального участка 202 с помощью устройства быстрой замены (не показано), которое имеет револьверный магазин, в котором имеются различные инструментальные головки, которые могут быть установлены в устройстве 220.

Сопла 238, 240, например, могут иметь описанную со ссылкой на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7 геометрию. Инструментальный участок 258 с инструментальной головкой 204 посредством не показанного подробно привода может вращаться вокруг оси 229. На сопла 238, 240 подается вода, которая подводится в устройство 220 с помощью насоса 291 высокого давления. Для регулировки эффективной длины пути для созданных в камере 222 волн давления система 236 трубопроводов устройства 220 включает в себя передвижное устройство 247.

В установке 210 имеется промышленный робот 211. Промышленный робот 211 является многоосевым манипулятором для передвижения заготовки в форме блока 215 цилиндров относительно устройства 220. В альтернативной форме выполнения установки 210 может быть предусмотрено передвижение с помощью подобного промышленного робота устройства 220 для создания пульсирующей струи текучей среды высокого давления с помощью манипуляторного устройства, прежде всего промышленного робота, относительно заготовки.

С помощью промышленного робота 211 блок 215 цилиндров поднимается и опускается к устройству 220 в соответствии со сдвоенной стрелкой 217. С помощью пульсирующих струй 216 воды высокого давления из расположенных в револьвере 227 сопел поверхность материала в стенках отверстий 214 цилиндров активируется для дугового плазменного напыления, для чего в этой поверхности создается адгезионная структура. Выяснилось, что если в струю воды высокого давления в находящемся под углом β 0°<β<60°, предпочтительно β≈45°, к местным нормалям плоскости стенок направлении подается пульсирующая струя текучей среды высокого давления, и при этом инструментальная головка 204 согласно стрелке 221 вращательно перемещается и одновременно поступательно перемещается в направлении оси отверстия согласно сдвоенной стрелке 223, могут быть созданы структуры, например спиралевидные винтовые структуры, на которых особо хорошо удерживается созданный в отверстии цилиндра посредством газопламенного напыления, плазменного напыления или электродугового напыления слой. С помощью устройства согласно изобретению особо простым образом могут быть созданы различные степени шероховатости на различных или же соседних местах заготовки. Прежде всего также могут быть созданы более или менее скользящие переходы между областями с различной шероховатостью.

На фиг. 9 показан фрагмент устройства 320 для создания пульсирующей струи 316 текучей среды высокого давления, которая окружена газовым потоком 317. Узлы устройства 320, которые соответствуют описанному со ссылкой на фиг. 1 - фиг. 4 устройству 20, на фиг. 6 обозначены увеличенными на число 300 цифровыми ссылочными обозначениями.

Окружение пульсирующей струи 316 текучей среды высокого давления газовым потоком 317 обеспечивает обработку заготовок струей 316 текучей среды высокого давления, которые погружены в жидкостную ванну.

Устройство 320 имеет выполненное в участке 370 трубопровода сопло 336. Участок 370 трубопровода линейно-подвижно направлен в участке 366 трубопровода. Он может быть перемещен согласно сдвоенной стрелке 378, чтобы можно было регулировать эффективную длину пути волн давления между камерой для создания волн давления (не показано) и противолежащей заготовке стороной устья 325 сопла.

Участок 370 трубопровода расположен в сопле 369 с сопловым карманом 371, который имеет отверстие 373 для подачи подвергнутой воздействию давлением газообразной среды из трубопровода 375 и выпускное отверстие 377, из которого выходить газовый поток 317. Сопловой карман 369 и участок 370 трубопровода могут быть перемещены друг относительно друга согласно сдвоенной стрелке 379. Путем перемещения сопла 369 относительно сопла 226 можно регулировать форму капель текучей среды в создаваемой с помощью устройства 320 струе 316 текучей среды высокого давления.

На фиг. 10 показан участок следующего устройства 380 для создания окруженной газовым потоком пульсирующей струи 390 текучей среды высокого давления с соплом 382. Сопло 382 имеет сопловой карман 384 с аксиально расположенным со стороны торца отверстием 386 в устье 388 сопла. Устье 388 сопла устроено как отверстие. Диаметр D_B отверстия устья сопла составляет примерно 1 мм. На расположенном со стороны торца отверстии 386 в сопловом кармане 384 устье 388 сопла имеет предпочтительно скругленную фаску с радиусом скругления r<0,1 мм.

Обращенный к заготовке участок 381 сопла 382 выполнен как чашка или же воронка, которая расширяется в направлении выходящего из устья 388 сопла пульсирующей среды 390 высокого давления, и имеет угол раствора β≈60°.

Форма обращенного к заготовке участка 381 сопла 382 обеспечивает, что распространяющийся вдоль наружной стенки 393 сопла 382 газовый поток при использовании сопла в жидкостной ванне (не показано) удаляет жидкость жидкостной ванны из области 395 перед выполненным в форме воронки участком, благодаря чему пульсирующая струя среды высокого давления может беспрепятственно выходить из устья 388 сопла и попадать на расположенную вблизи сопла 382 заготовку.

На фиг. 11 показано устройство 420 для создания пульсирующей струи 416, 417, 418 и 419 текучей среды высокого давления. Устройство 420 имеет камеру 422 с приспособлением 424 для создания волн 432 давления текучей среды. Устройство 420 имеет систему 436 трубопроводов с расположенным со стороны камеры участком 442 и расположенным со стороны сопла участком 444. Для регулировки длины пути для волн 432 давления текучей среды высокого давления в системе 436 трубопроводов расположенный со стороны сопла участок 444 может быть перемещен относительно расположенного со стороны камеры участка 442 с помощью передвижного устройства 447 согласно сдвоенной стрелке 448.

На фиг. 12 показано сечение устройства 420 вдоль линии XII-XII на фиг. 11. В расположенном со стороны сопла участке 444 системы 436 трубопроводов имеется разветвленный в форме гребенки трубопровод 438 с четырьмя соплами, которые интегрированы в трубопровод 438. Интегрированные в трубопровод 438 сопла имеют соответственно по одному выполненному с возможностью перемещения согласно сдвоенной стрелке 460 телу 450, 452, 454 и 456 сопла с устьем сопла. Путем перемещения тел 450, 452, 454 и 456 сопел можно настроить образованное как частное длины L₄₅₀, L₄₅₂, L₄₅₄ и L₄₅₆ пути для волн давления текучей среды между выпускным отверстием камеры 422 и соответствующим устьем сопла в системе 436 трубопроводов и длины λ волны волн 422 давления в системе 436 трубопроводов числа Гельмгольца Не_N:=L_N/λ. так, чтобы амплитуда А_P созданной в камере 422 волны давления текучей среды была максимальной перед соответствующим устьем сопла в телах 450, 452, 454 и 456 сопел.

Описанные выше устройства и установки пригодны для обработки поверхностей заготовок, для активации поверхности заготовок для нанесения покрытия, для обработки и удаления покрытий на заготовках и для очистки заготовок.

Описанные устройства и установки прежде всего пригодны для активации поверхности заготовки, чтобы на нее можно было нанести покрытие с помощью газопламенного напыления, или плазменного напыления, или электродугового напыления. Изобретатели выяснили, что посредством пульсирующей струи текучей среды высокого давления в поверхности заготовок можно создать микроструктуры с задними подрезами. Термические покрытия, которые наносятся на подобную поверхность, имеют здесь особо хорошую адгезию, так как расплавленные частицы при нанесении покрытия благодаря кинетической энергии и капиллярному эффекту могут хорошо проникать в данные микроструктуры, и затем там затвердевать. Нанесенное на активированную с помощью устройства согласно изобретению и установки согласно изобретению поверхность заготовки покрытие имеет прежде всего высокую прочность сцепления при растяжении, которая может составлять 30 МПа или более.

Для обеспечения хорошей адгезии нанесенного на заготовку покрытия является преимуществом, если подлежащая нанесению покрытия поверхность заготовки после активации в соответствующем изобретению устройстве или в установке согласно изобретению высушивается, например, путем опорожнения, путем воздушной сушки или путем вакуумной сушки.

Прежде всего изобретатели выяснили, что особо хорошая адгезия нанесенного путем газопламенного напыления или плазменного напыления или электродугового напыления на поверхность заготовки слоя может быть достигнута посредством того, что на поверхность заготовки сначала воздействует пульсирующая струя текучей среды высокого давления в установке согласно изобретению для придания ей шероховатости, и затем шероховатая поверхность заготовки прокатывается с определенным давлением прижима. Изобретатели установили, что путем прокатки мезоскопичные неровности шероховатой поверхности деформируются и усаживаются так, что при этом образуются микроструктуры с задними подрезами, которые имеют высокую механическую прочность и в которые расплавленные частицы могут хорошо проникать при нанесении покрытия.

Описанные устройства и установки также пригодны для обработки покрытий заготовок, например для удаления перераспыла на заготовках, которые были подвергнуты процессу нанесения покрытия. Когда регулируется угол атаки пульсирующей струи текучей среды высокого давления, скорость истечения которой из устья сопла и частота волн давления, то есть степень повторения струи текучей среды высокого давления, можно прежде всего определенным образом обрабатывать кромки участков покрытия на заготовке. Прежде всего так можно создавать кромки, которые составляют с поверхностью заготовки угол 45°.

Изобретателями также установлено, что с помощью пульсирующей струи текучей среды высокого давления в покрытии заготовок, например, в созданном посредством электродугового напыления (LDS) покрытии, можно выполнить фаску, без возникновения опасности, как при обработке с помощью металлорежущих инструментов, что данное покрытие при обработке пульсирующей струей текучей среды высокого давления отслоится от заготовки.

Прежде всего устройства и установки согласно изобретению пригодны для обработки выполненной посредством газопламенного напыления, или плазменного напыления, или электродугового напыления поверхности заготовки, и/или для удаления загрязнений с заготовки, и/или для удаления слоев с заготовки. Устройства и установки согласно изобретению также пригодны для придания шероховатости поверхностям заготовки, чтобы подготовить их к соединению методом соединения материалов (склеивание, сварка, пайка).

Устройства и установки согласно изобретению могут эксплуатироваться, например, на текучей среде в форме моющей щелочи, и/или воды, и/или эмульсии, прежде всего водно-масляной эмульсии и/или масла. Во избежание коррозии соответствующих изобретению устройств и установок является преимуществом подмешивание в используемую для обработки заготовок текучую среду средств защиты от коррозии.

Согласно изобретению с помощью описанных выше устройств и установок могут улучшаться участки заготовок или заготовки, которые, по меньшей мере, частично состоят из алюминия или магния, причем покрытие поверхности является нанесенным посредством лазерной наплавки содержащим железо материалом или заготовка, по меньшей мере частично, состоит из стали или чугуна, и покрытие поверхности является нанесенным посредством лазерной наплавки содержащим никель материалом.

Согласно изобретению с помощью описанных выше устройств и установок поверхность заготовки также может быть уплотнена путем воздействия на нее пульсирующей струей текучей среды. Изобретатели прежде всего выяснили, что путем обработки блоков цилиндров из алюминиевого литья пульсирующей струей текучей среды высокого давления из воды могут быть закрыты мешающие нанесению покрытия лунки в области рабочих поверхностей цилиндров.

В обобщении следует определить прежде всего предпочтительные признаки изобретения: изобретение относится к устройству 20 для создания пульсирующей струи 16, 18 текучей среды из подвергнутой воздействию давлением текучей среды. Устройство 20 содержит систему 36 трубопроводов, которая имеет по меньшей мере одно сопло 38, 40, которое имеет устье 125 сопла, из которого может выходить пульсирующая струя текучей среды из подвергнутой воздействию давлением текучей среды. Устройство 20 имеет камеру 22, в которой выполнено устройство 24 создания волн давления для создания волн 32 давления текучей среды. Камера 22 соединяется с системой 36 трубопроводов через выпускное отверстие 34 для созданных волн 32 давления текучей среды. Устройство 20 содержит регулировочное устройство 31, 47, 62, 64 для управления амплитудой А_P волн 32 давления текучей среды в системе 36 трубопроводов по меньшей мере перед одним устьем 125 сопла. С помощью регулировочного устройства 31, 47, 62, 64 можно регулировать образованное как частное от длины L пути для волн 32 давления текучей среды между выпускным отверстием 34 камеры и по меньшей мере одним устьем 125 сопла по меньшей мере одного сопла 38, 40 в системе 36 трубопроводов и длиной λ волны волн 32 давления текучей среды в системе (36) трубопроводов число Гельмгольца Не:=L/λ.

Реферат

Изобретение относится к устройству для создания пульсирующей струи текучей среды из подвергнутой воздействию давлением текучей среды и может быть использовано для обработки посредством газопламенного напыления или плазменного напыления и/или электродугового напыления поверхности заготовки. Кроме того, устройство может быть использовано для снятия грата с заготовки, и/или удаления грязи с заготовки, и/или для удаления слоев с заготовки. Устройство также может быть применено для воздействия на поверхность заготовки с помощью текучей среды в форме моющей щелочи, и/или воды, и/или эмульсии, прежде всего водно-масляной эмульсии, и/или масла. Кроме того, устройство может быть использовано для уплотнения поверхности заготовки путем воздействия на поверхность заготовки с помощью текучей среды, прежде всего с помощью воды. Устройство содержит систему трубопроводов, которая содержит по меньшей мере одно сопло, которое имеет устье сопла, из которого может выходить пульсирующая струя текучей среды из подвергнутой воздействию давлением текучей среды. Устройство имеет камеру, в которой выполнено устройство создания волн давления для создания волн давления текучей среды. Камера сообщается с системой трубопроводов через выпускное отверстие для созданных волн давления текучей среды. Устройство также содержит регулировочное устройство для управления амплитудой волн давления текучей среды в системе трубопроводов по меньшей мере перед одним устьем сопла. С помощью регулировочного устройства может быть отрегулировано образованное из частного длины пути для волн давления текучей среды между выпускным отверстием камеры и по

Формула